大采高綜采工作面頂板控制技術分析

陳年華

(山西潞安集團左權阜生煤業有限公司)

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大采高綜采工作面頂板控制技術分析

陳年華

(山西潞安集團左權阜生煤業有限公司)

對大采高綜采工作面的基本概況與大采高綜采工作面頂板控制技術的國內外研究現狀進行了回顧，并結合實際測試結果，對大高采綜采工作面頂板控制技術進行了詳盡分析，對解決大采高綜采工作中遇到的問題具有參考作用。

大采高綜采工作面 頂板 控制技術

煤炭在我國一次能量消費結構中占有極其重要的地位，既是基本燃料，又是工業發展中所需的重要燃料，其發展的快慢直接影響國計民生。緩傾斜厚煤層煤炭產量在我國煤炭總產量中占有重要比例，阜生煤業井田位于沁水煤田東部邊緣，批準井田面積5.819 6 km2,開采的15#煤層，井田構造簡單，煤層平均厚度6.01 m，煤質為易選的貧煤，可作為動力用煤及民用煤。地質儲量4 002萬t，可采儲量2 324萬t，核定生產能力120萬t/a，適合大采高綜采的開采條件。

1 大采高綜采工作面基本概況

該礦區的大采高綜采工作面井下煤層埋深53～195 m，工業儲量714 636 t，工作面的可采儲量664 611 t，工作面采出率93%，采出率較高。該工作面的地質構造比較簡單，煤層呈現出單斜構造狀態，工作面煤層傾角4°～16°。煤層直接頂中存在許多約8 m厚的泥質結構；基本頂中則多是約7 m厚的、顏色為灰白色的石灰巖，在石英中夾雜著燧石，結構不僅致密而且堅實牢固；直接底大多數為塊狀的砂質泥巖，厚度在1.4 m左右含有一些植物化石；老底則是石灰巖層，同直接底一樣含有少量的植物化石。

2 大采高綜采工作面頂板控制技術的國內外研究現狀

2.1 大采高綜采技術的概念

采高最小3.5 m，最大值7.0 m，利用雙滾筒采煤機將煤割至符合要求的采煤厚度，大功率的刮板輸送機運煤，再用液壓型支架對頂板進行必要的控制，即為大采高綜采技術。大高采綜采技術采煤不僅具有更高的煤炭回收率、采出的煤炭純度更高、采面煤塵比其他技術開采時少的優點，而且該技術采煤工作中的自然發火和瓦斯涌出量都較小，提高了采煤工作的安全性，降低了安全事故的發生率。所以，進行大采高綜采工作面頂板控制技術分析，有利于推廣我國煤炭行業工作的安全進行。

2.2 國外研究現狀

由于大采高綜采工作面采高較大，綜采面在采場頂板巖層的運動規律具有特殊性，使得工作面上覆巖層冒落高度加大，容易發生頂板冒落的危險。美國、澳大利亞等國存在一些厚煤層，他們大多使用房柱式采煤法，雖然受到了各種環境、時間因素的限制，研究結果的適用范圍較小，但是對于一些條件類似的地區仍然具有一定的參考價值與指導意義。

2.3 國內研究現狀

我國厚煤層采用大采高綜采技術的研究始于1978年，發展至今已經有了相當大的進步，在我國多個礦區中都得到了推廣，使用效果在神東、邢臺、徐州、棗莊等礦區較好。龍口梁家礦綜采隊憑借其優良的采高和煤層環境，使用大采高綜采技術，創造了我國“三軟”煤層年產原煤156萬t的最高開采記錄；大采高綜采技術在邢臺東龐礦綜采隊推廣后，1994—1998年，該礦綜采隊的年產煤量逐年上升，原煤工效也在不斷提高，達到了一次采全高的全國領先水平，并且連續5 a沒有發生過傷亡事故，保障了采礦工作人員的人身安全。

3 大采高綜采工作面布置及開采設備

3.1 大采高綜采工作面巷道布置

大采高綜采工作面采用雙巷布置，巷道沿傾向布置，切眼沿走向布置，在需要時回風巷也可協助運送材料，運輸巷與機軌合一巷，不僅能夠運煤、進風，而且還能夠存放設備列車。回風巷、運輸巷均沿底掘進，此兩巷的工作面切眼相同，都是矩形斷面。巷道采用錨桿和錨索聯合支護，兩排的錨索布置成三角形。切眼摒棄了傳統的施工工藝，采用新型兩次掘進成巷工藝，不需要開幫準備，具有準備時間短的優點。

3.2 采面設備

該礦使用的是截割功率大、牽引速度快、裝煤效果好的MG750/1940-WD型大功率交流電牽引雙滾筒采煤機。經過試用發現，該設備制造質量、技術性能和設備的結構尺寸等均滿足設計要求，且具有較強的運輸能力，安全性較強，維護操作也比較方便，能夠適應集約化生產的各方面需求。工作面刮板運輸機應用高性能的液壓馬達、液壓緊鏈裝置和耐破斷力鏈條等。

4 頂板控制技術

(1)液壓支架的適應性分析。四柱支撐掩護式結構的液壓支架支撐能力較大，安裝有大流量安全閥和大流量供液系統，移架快速。支架垂直工作面頂、底板，支架頂梁與頂板平行支設，最大仰角小于7°，周期來壓期間，必須采取跟機拉架和超前拉架相結合的方式；所有支架的安全閥動作靈敏可靠、支架立柱的密封性完好，保證了支架的支護能力，能夠滿足大采高綜采工作面開采的支護要求。

(2)采面礦壓顯現規律。直接頂初次來壓，初次跨落步距約15 m，直接頂從工作面中部冒落后，隨著工作面不斷向前推進，冒落擴大到整個工作面，大部分的冒落高度處在3.5～5.5 m，此外，工作面煤壁上有小于0.2 m的片幫；老頂初次來壓，初次來壓步距最大值為45 m，最小值為30 m，部分支架的安全閥處于開啟狀態，工作面中部煤壁存在0.3～0.5 m的片幫，但是工作面頂板始終處于完整狀態；老頂周期來壓，步距15～20 m，實際測試表明，老頂初次來壓和老頂周期來壓雖然都沿著工作面進行，但是二者并不是同時來壓，表現出了局部來壓的特征，且來壓的強度表現為從中部到尾部、頭部依次減弱。

(3)液壓支架選擇。大采高工作面頂板的控制主要是由采場支架的有效支撐來完成的，在進行大采高開采時，由于一次采出煤層的厚度不斷增加，采場上方頂板的活動規律也在發生相應的變化，再加上大采高工作面的采高較大，容易出現煤壁大面積片幫現象，片幫后端面間距加大，頂板失去了煤壁的有效支撐，極易導致冒頂事故的發生，進而對工作面裝備造成一定程度的損壞，加大液壓支架的受力，嚴重影響了液壓支架的穩定性。因此，支架在選擇時必須達到初撐力要求，確保支架接頂嚴密。

5 結 語

在現有的開采條件下，通過對某些工作面的成功開采，說明大采高綜采工作面頂板控制技術是比較科學合理的，能夠為類似工作面開采提供技術依據與借鑒。

2016-07-14)

陳年華(1986—)，男，助理工程師，032600 山西省晉中市。